Способ первичной переработки жидкого природного сырья

 

Изобретение относится к первичной обработке жидкого природного углеводородного сырья /ПУВС/. Сущность изобретения: осуществляют сбор и подготовку ПУВС на промыслах, перед транспортом ПУВС отверждают путем контактирования с гранулированным гидрофобным и олеофильным силикагелем, характеризующимся величиной удельной поверхности 600-640 м²/г, маслоемкостью не ниже 12 г масла /г сорбента, насыпной плотностью не выше 0,07 г/см³, в массовом соотношении сырье: силикагель /5-16/:1, и осуществляют транспорт сырья к месту переработки в отвержденном состоянии. 6 табл.

Изобретение относится к технологии первичной переработки жидкого природного углеводородного сырья (ПУВС), такого как сырые нефти, тяжелые нефти и газовые конденсаты.

Технология первичной переработки ПУВС общеизвестна специалистам в области технологии нефти и газа и включает: сбор и подготовку ПУВС на промыслах (отделение жидкого ПУВС от газа, обезвоживание и обессоливание ПУВС); транспорт ПУВС к местам его переработки (трубопроводами, водным путем (баржи, танкеры) и железнодорожным транспортом; первичную переработки ПУВС в месте его переработки (обессоливание и обезвоживание, атмосферную и атмосферно-вакуумную перегонку ПУВС и, при необходимости, вторичную перегонку бензинов, дизельных и масляных фракций) [1] Эта технология в общем виде остается неизменной по меньшей мере с начала XX века. В то же время освоение и расширение эксплуатации малодебитных месторождений ПУВС в отдаленных и труднодоступных районах вызывает настоятельную потребность разработки иных, экологически более надежных технологий первичной переработки ПУВС. Так, дренажная вода после обессоливания содержит 120-3000 мг/л эмульгированной нефти (в среднем 1893 мг/л) и для снижения содержания ее в нефти используют сложные и дорогостоящие многоступенчатые технологии. Эти технологии в плане экономики оправданы при эксплуатации крупных месторождений, но разорительны при эксплуатации малодебитных месторождений ПУВС в отдаленных и труднодоступных районах. При транспортировании же ПУВС из отдаленных районов нередко происходят крупные экологические катастрофы, такие как разлив и взрыв ШФЛУ в районе Уфы, разлив нефти в Республике Коми, разлив нефти в море при аварии танкера "Queen Elisabeth" и т.п.

В соответствии с изобретением предлагается способ первичной переработки жидкого природного углеводородного сырья, включающий сбор и подготовку на его промыслах, отверждение жидкого природного углеводородного сырья путем контактирования сырья с гранулированным гидрофобным и олеофильным силикагелем, характеризующимся величиной удельной поверхности 600 640 м²/г, маслоемкостью не ниже 12 г масла/г сорбента, насыпной плотностью не выше 0,07 г/см³, в массовом соотношении сырье иликагель (5-16):1, транспорт отвержденного сырья к месту переработки и перегонку его.

Понятие "маслоемкость" в данном описании означает способность сорбента к адсорбции стандартного масла (дизельного топлива) из 25%-ных эмульсий при комнатной температуре.

Верхний предел соотношения сырье силикагель (16:1) обусловлен сорбционной емкостью последнего в отношении к сорбируемому углеводородному сырью (сорбционная способность сорбента в отношении более легких углеводородов превышает таковую в отношении к более тяжелым углеводородам).

Нижний предел содержания сырье силикагель (5:1) обусловлен в противоположность верхнему не техническими причинами, а исключительно соображениями экономического характера. Транспортировать или хранить отвержденный продукт, содержащий менее 5 г ПУВС/г сорбента обычно не выгодно, хотя и вполне возможно. С другой стороны, не всегда следует насыщать сорбент до предельной маслонасыщенности; не полностью насыщенный сорбент характеризуется меньшей плотностью, чем полностью насыщенный, и это обстоятельство может оказаться выгодным, когда необходимо обеспечить гарантированное всплывание отвержденного нефтепродукта на поверхность транспортирующей жидкости, что особенно важно при использовании транспортирующей жидкости с относительно малой плотностью, например, метанола.

Контактирование ПУВС с гранулированным гидрофобным и олеофильным силикагелем может быть осуществлено путем поглощения жидкого ПУВС сорбентом, достаточным для чего является погружение и выдерживание при перемешивании в ванну с ПУВС порции сорбента с последующим удалением отвержденного ПУВС из ванны.

На нефтепромыслах контактирование ПУВС с гранулированным гидрофобным и олеофильным силикагелем может быть осуществлено в качестве завершающей операции обезвоживания и обессоливания ПУВС (если ПУВС представляет собой сырую нефть, подлежащую промысловому обезвоживанию и обессоливанию). В этом случае промысловую эмульсию П рода разрушают путем обращения фаз и полученную нестойкую эмульсию I рода обрабатывают указанным сорбентом. Достоинством этого варианта воплощения изобретения является одновременное получение обезвоженного и обессоленного отвержденного ПУВС и воды, глубоко очищенной от эмульгированных нефтепродуктов, что (как отмечалось выше )представляет собой сложноразрешимую техническую задачу в существующем уровне техники.

Отвержденное в соответствии с изобретением ПУВС удобно для хранения и транспортирования.

Хранение отвержденного ПУВС может осуществляться подобно хранению твердых топлив (антрацитов, каменных или бурых углей и т.п.).

Транспортирование отверженного ПУВС заключается в перемещении его в пространстве как твердого насыпного груза.

Другой вариант транспортирования отвержденного ПУВС заключается в приготовлении дисперсии отвержденного ПУВС в среде полярного растворителя (например, воды, солевого раствора, водно-метанольных растворов или метанола), перемещении дисперсии отвержденного ПУВС в трубопроводе с последующим выделением отвержденного ПУВС из среды полярного растворителя. При приготовлении указанных дисперсий могут быть использованы стабилизаторы - поверхности-активные вещества, хорошо известные специалистам из уровня техники.

Важным достоинством заявленного отвержденного нефтепродукта является такое, не требующее особых разъяснений свойство, в соответствии с которым при создании аварийных ситуаций в процессе хранения или транспортирования нефтепродуктов исключены опасные экологические последствия, подобные упомянутым выше экологическим катастрофам. В случаях нарушения герметичности емкостей, танков, трубопроводов нефтепродукт остается в компактной форме и ведет себя подобно, например, древесным чуркам.

Следующим этапом первичной переработки ПУВС в соответствии с изобретением является его атмосферно-вакуумная перегонка.

При необходимости перед перегонкой ПУВС может быть рекуперирован в жидком состоянии. Для выделения ПУВС с поверхности сорбента проводят промывку сорбента растворителем, выкипающим при температуре более низкой, чем температура начала кипения рекуперируемого масла. Подходящими растворителями являются товарные бензины, реактивные топлива, осветительные масла, дизельные топлива, нефтяные растворители (Нефрасы), индивидуальные углеводороды, такие как бензол, толуол, технический изооктан, а также различные технологические фракции. Обычно при температурах 40-60^oC для полной регенерации сорбента достаточно промыть его 100 см³ растворителя на 1 г сорбента. С ростом температуры десорбции потребное для полной десорбции количество растворителя снижается.

В целях экономии растворителя и снижения последующих затрат на рекуперацию нефтепродукта из растворителя в промышленных условиях целесообразно совмещать процессы десорбции ПУВС с перегонкой десорбата, т.е. поток растворителя после десорбции направляют в узел ректификации, а регенерированный растворитель непрерывно возвращают в узел десорбции. Соответственно из узла ректификации непрерывно отводят рекуперированный нефтепродукт. В лабораторных условиях целесообразно использовать десорбционную аппаратуру, известную под названием "аппарат Сокслета". В подобных случаях для отделения нефтепродукта от растворителя можно использовать лабораторную или укрупненную пилотную ректификационные колонки с разделительной способностью 15-20 теоретических тарелок (тт). После рекуперации ПУВС может быть подвергнут перегонке подобно нефти (или совместно с нефтью) на стандартном оборудовании нефтеперерабатывающих заводов.

Однако достоинством заявленного способа первичной переработки ПУВС является возможность осуществления атмосферно-вакуумной перегонки помимо предварительной рекуперации ПУВС с поверхности сорбента.

В этом случае (особенно благоприятном при переработки ПУВС на малогабаритных установках) перегонку отвержденного ПУВС осуществляют в кубах периодического действия. В куб таковой установки периодически загружают отвержденное ПУВС и проводят атмосферно-вакуумную перегонку давно известными способами. Таким способом при последовательном проведении атмосферно-вакуумной перегонки целесообразно отгонять светлые нефтепродукты, выкипающие при температуре до 400^oC.

При переработке таких видов ПУВС, как газовые конденсаты, бывает обычно остаточным осуществление атмосферной перегонки. После таковой в отвержденном состоянии практически не остается углеводородов, а рекуперированный силикагель может быть использован повторно или утилизирован другим путем.

Не представляет собой трудностей и переработка более тяжелого сырья, такого как нефти, которые подвергают вакуумной перегонке.

Атмосферную и атмосферно-вакуумную перегонки можно осуществлять в токе вспомогательного испаряющего агента. К подходящим испаряющим агентам относятся водород, промышленный водородсодержащий газ, легкие углеводороды; несколько менее приемлемым, но допустимым испаряющим агентом являются водяные пары. Выделенные дистиллятные фракции могут быть подвергнуты вторичной перегонке и/или переработаны в целевые нефтепродукты любым известным способом.

После отгонки светлых нефтепродуктов в этом случае еще остается в отвержденном (сорбированном) состоянии тяжелая часть нефти мазут (НК 350 - 370^oC), полугудрон (НК 370 450^oC) или гудрон (НК 470 - 565^oC) в зависимости от глубины вакуумной перегонки.

Целесообразное направление утилизации этой части зависит от качества нефти и может быть легко установлено специалистом в области технологии нефти и газа. Так, при переработке нефти, ценной для производства смазочных масел, целесообразно десорбировать полугудрон такими растворителями, как пропан, пропан-бутан, легкий бензин и т.п. растворителями, используемыми в процессе деасфальтизации нефтяных остатков. Десорбцию такими растворителями можно осуществлять в режимах, принятых при осуществлении процесса деасфальтизации масел и общеизвестных для специалистов в области нефтепереработки. Возможно также осуществлять экстракцию в сверхкритических условиях, например, обрабатывать сорбент пропаном при 45-50 кг/см³ и температуре около 100^oC. Отделение масла от растворителя в этом случае осуществляется путем снижения давления и разделения фаз испаренный растворитель масло. Если же нефть не представляет собой интереса для получения смазочных масел, остающийся отвержденным остаточный нефтепродукт может быть окислен с получением компонента битума, подвергнут коксованию подобно природному битуму, сожжен или переработан любым подходящим способом, известным из уровня техники.

Способ первичной переработки жидкого природного углеводородного сырья в соответствии с изобретением проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Получение сорбента.

1,25N раствор силиката натрия смешивают с 0,1N раствором соляной кислоты до образования золя поликремниевых кислот с показателем pH 8,4. Содержание SiO₂ в золе 40 г/л.

Полученные после застудневания гранулы гидрогеля отмывают водой в течение 8-12 ч.

Отмытый гидрогель обрабатывают в течение 2-4 ч 7-9 N раствором соляной кислоты. Раствор соляной кислоты декантируют, а солянокислытй гидрогель заливают модифицирующей смесью, содержащей 50% мас. триметилхлорсилана и 50% мас. гексаметилдисилоксана. Через 20 24 ч модифицирования жидкую фазу сливают, а полученный органогель промывают водой и сушат в вакуум-сушильном шкафу при 140^oC и остаточном давлении 40 торр.

Другие образцы сорбента получают, изменяя лишь условия отмывки гидрогеля водой и условия обработки отмытого гидрогеля раствором соляной кислоты. Получают сорбент в форме гранул размером от 3-5 до 10-12 мм. В табл. 1 приведены режимы получения различных образцов сорбента. В табл. 2 приведены сведения об основных свойствах полученных образцов сорбента.

Пример 2. В качестве объектов исследования выбраны товарная западносибирская нефть и стабильный газовый конденсат Герасимовского месторождения Томской области, физико-химическая характеристика которых приведена в табл. 3. В качестве сорбента взят образец 6.

Образцы отвержденной нефти готовят путем пропитывания сорбента избытком нефти; они представляют собой конгломерат с температурой плавления порядка 50^oC. Проводят атмосферные разгонки двух образцов нефти и одного образца газового конденсата по ГОСТ 2177-82. В отличие от ГОСТ загрузку смеси проводят по весу, а не по объему. Результаты разгонок приведены в табл. 4.

Затем проводят атмосферно-вакуумные разгонки по методике ГрозНИИ из колбы Мановяна: при атмосферном давлении до температуры 240 270^oC, далее при остаточном давлении 1 торр. до температуры 400^oC. Результаты разгонок приведены в табл. 5.

В табл. 4 и 5 для сравнения приведены результаты разгонок неотвержденных ПУВС.

Пример 3. В 10-литровый цилиндрический сосуд диаметром 150 мм наливают 5 л эмульсии 1 рода ("типа масло в воде"), содержащей (в мас.): указанная нефть (товарная западносибирская нефтесмесь) 24, олеат триэтаноламина 2,2, олеат аммония 1,1, вода остальное до 100. В тот же сосуд порциями по 10 г добавляют 130 г образца сорбента. После добавления каждой порции сосуд закрывают крышкой и его содержимое перемешивают путем периодического встряхивания (3 встряхивания в с пауза 3 с) в течение 2,5 ч. Затем открывают сосуд и порционно извлекают из него маслонасыщенный сорбент, плавающий на поверхности раздела фаз. Продолжают добавление порций сорбента до достижения отсутствия в воде эмульгированной нефти. Определяют общий вес всех порций маслонасыщенного сорбента и рассчитывают соотношение сорбент:нефть.

Общий вес всех порций нефтенасыщенного сорбента 1500 г.

Оставшаяся вода содержит около 1 г механических примесей и не содержит эмульгированных масел. Для рекуперации масла маслонасыщенный сорбент перемещают в экстракционный цилиндрический сосуд диаметром 50 мм и емкостью 8 л. Экстракционный сосуд связан с кубом по принципу "аппарат Сокслета". В куб загружают 10 л технического бензола и включают обогрев. После 2 ч экстракции обогрев отключают, сорбент сушат при остаточном давлении 50 торр. и 80^oC и выгружают из экстракционного сосуда. Анализ показывает, что сорбент полностью регенерирован. Бензол из куба перегоняют в пилотной колонке непрерывного действия и рекуперируют масло в количестве 1378 г. За исключением обычных технологических потерь нефть и эмульгаторы рекуперированы полностью. Качество рекуперированной нефти не отличается от качества исходной. Аналогичные результаты получают и при использовании образцов сорбента 2-6, свойства которых приведены в табл. 2. Результаты испытаний приведены в табл. 6.

Данные примеры показывают промышленную применимость заявленного способа, а также иллюстрируют достижение нового технического результата, декларируемого в соответствии с преамбулой данного изобретения.

Примеры приведены в целях иллюстрации и не ограничивают объем изобретения, определяемый исключительно приведенной ниже формулой изобретения.

Формула изобретения

Способ первичной переработки жидкого природного углеводородного сырья, включающий сбор и подготовку его на промыслах, транспорт сырья к месту его переработки и перегонку его, отличающийся тем, что перед транспортом жидкое природное углеводородное сырье отверждают путем контактирования с гранулированным гидрофобным и олеофильным силикагелем, характеризующимся величиной удельной поверхности 600 640 м²/г, маслоемкостью не ниже 12 г масла/г сорбента, насыпной плотностью не выше 0,07 г/см³ в массовом соотношении сырье силикагель (5 16) 1, и осуществляют транспорт сырья к месту переработки в отвержденном состоянии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4